Vliv intenzity využívání a úrovně hnojení TTP na obsah a kvalitu humusu

25. 08. 2022 Bc. Jana Plisková; Mendelova univerzita v Brně, Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i. Výživa a stimulace Zobrazeno 1466x

Travní porosty (TP) a trvalé travní porosty (TTP) jsou v krajině a agrosystémech považovány za velmi cenné hospodářské prvky. Jejich význam spočívá jak v samotném obhospodařování půdy a zajištění produkce píce, tak i v plnění dalších mimoprodukčních funkcí. Přispívají k ochraně půdy před vodní a větrnou erozí, omezují nadměrný výpar z půdy (evaporace), zadržují atmosférické srážky v krajině, zvyšují druhovou diverzitu, ale především jsou významným úložištěm organického uhlíku (SOC), dusíku (N) a dalších živin. V posledním desetiletí nachází vyprodukovaná (konzervovaná) píce z TTP své potenciální využití rovněž jako velmi kvalitní substrát pro bioplynové stanice (BPS) náhradou za kukuřici setou.

Monitoringu a hodnocení kvality a zdraví půdy pod TTP ve vztahu k různým typům hojení (minerální, statkové, organické) je proto věnováno v současnosti stále více pozornosti, zejména ve vztahu k otázce biogeochemického koloběhu prvků a látek.

Půda a půdní organická hmota reprezentuje jednu z největších a nejvýznamnějších zásobáren organického uhlíku v suchozemském ekosystému. Sledování kvality humusových látek (HL) je velmi významné pro stanovení úrodnosti různých ekosystémů (louka, pole, les). Kvalita HL je přímo ovlivněna půdním typem, geologickými a klimatickými podmínkami, typem rostlinného pokryvu a činností člověka.

Cílem diplomové práce bylo vyhodnotit vliv dlouhodobé aplikace minerálních (NPK), statkových (hnůj, kejda) a organických (digestát) hnojiv na stav půdní organické hmoty (obsah SOC, frakcionaci humusových látek - obsah HK, FK; stupeň humifikace, barevný kvocient), půdní reakci a obsah přístupných živin v půdě pod TTP ovsíkového typu (Arrhenatherum), na půdním typu hnědozem modální (HNm) v oblasti Boskovické brázdy (Malé Hané).

Polní pokusy

Dlouhodobé pokusy byly založeny na TTP při intenzivním managementu využívání (4 seče za rok) ve Výzkumném ústavu rostlinné výroby - VS Jevíčko v roce 2004. Klimatický region je mírně teplý, vlhký, nížinný. Podnebí v oblasti Malé Hané lze zařadit do kategorie mírně teplá (MT8–9) za období 1961–2000. Oblast spadá do Boskovické brázdy, Brněnského bioregionu, do provincie Česká vysočina, subprovincie Česko-moravská, oblasti Brněnské vrchoviny, celku Boskovické brázdy, podcelku Malá Haná, okrsku Jevíčská sníženina. Půdotvorným substrátem jsou permo-karbonské usazeniny Boskovické brázdy, představeny hlavně jílovcem, slepencem a pískovcem, okrajově tercierními písky a jíly. Půdním typem výzkumných ploch je hnědozem modální (HNm).

Botanické složení TTP při založení experimentu: luční porost - ovsíkový porostový typ (Arrhenatheretum), dominantní travní druhy - ovsík vyvýšený, srha laločnatá, psárka luční, lipnice luční, kostřava červená. Způsob obhospodařování: 4sečné využití intenzivní (termíny sečí: 15. 5.; 30. 6.; 15. 8.; 30. 9. - nárůst 45 dní). Sklizeň se provádí maloparcelovým sklízečem píce MPZ-115. Velikost pokusných parcel TTP: 10 m², 4 opakování v každé variantě.

Varianty pokusu: (1) kontrola bez hnojení - Kontrola; (2) minerální hnojení - NPK; (3) hnůj + močůvka - Hnůj; (4) kejda skotu - Kejda; (5) digestát - Digestát. Varianta Digestát byla založena až v roce 2012 při vzniku zemědělské bioplynové stanice v Jevíčku (Hanácká zemědělská společnost Jevíčko, a.s.). Dávky minerálních a statkových hnojiv jsou při modelovém zatížení TTP skotem 2,0 DJ/ha (120 kg N) viz tab. 1.

Půdní vzorky byly odebírány z humusového horizontu (5–15 cm) v období 2019–2021 (směsný vzorek v každé variantě a roce; vzorky půdy pro stanovení frakcionace humusových látek byly odebírány v roce 2021/4 opakování v každé variantě). Půdní reakce byla stanovena potenciometrickou metodou (inoLab pH 730, WTW, Německo). Obsah organického uhlíku (SOC) v půdě byl stanoven kolorimetricky podle Sims, Haby (1971). Obsah N_tot byl stanoven Kjeldahlovou metodou (Kirk, 1950). Obsah přístupných živin (P, K) byl stanoven ve výluhu dle Mehlich III (Mehlich, 1984) na analyzátoru ICP-OES (Thermo Scientific iCAP 7400 Duo, Thermo Fisher Scientific, Cambridge, UK). Frakční složení HL bylo stanoveno metodou krátké frakcionace (Kononová a Bělčíková, 1963). Stupeň humifikace (SH) byl vypočten jako poměr obsahu HL a obsahu SOC × 100. Barevný index (Q_4/6) byl vypočten jako poměr absorbance HL ve spektrálním rozsahu UV-VIS při 465 nm a 665 nm (= A465/A665).

Statistické analýzy (průzkumová analýza dat /EDA/, ANOVA /HSD test/) včetně grafických výstupů byly provedeny v programu STATISTICA verze 14.0 (TIBCO Software Inc., Palo Alto, USA, 2021). Statistická průkaznost byla testována na hladině významnosti P = 0,05.

Tab.1: Dávky minerálních, statkových a organických hnojiv a termíny aplikací

Výsledky

Trvalé travní porosty při daných variantách hnojení a intenzivním managementu využívání (4 seče za rok) vykazovaly rozdíly v půdní reakci, obsahu a kvalitě organické hmoty a obsahu přístupných živin.

Půdní reakce

Naměřené výsledky aktivní (pH/H₂O) a výměnné (pH/KCl) půdní reakce uvádíme na grafu 1. Aktivní půdní reakce je na všech variantách slabě kyselá, což je typické pro daný půdní typ (hnědozem modální). Nejnižší hodnoty výměnné půdní reakce pH byly zjištěny ve variantě minerálního hnojení (NPK) a to 5,29, což hodnotíme jako kyselou půdní reakci. Rovněž na variantě Kontrola byla výměnná půdní reakce kyselá (pH/KCl = 5,52). Rozdíly byly statisticky významné oproti variantám statkového (Hnůj, Kejda) i organického (Digestát) hnojení, kde byla výměnná půdní reakce neutrální. Nejpříznivější výměnná půdní reakce byla zaznamenána u statkového hnojení (Hnůj), a to 6,33.

Obsah a kvalita půdní organické hmoty

Průměrné hodnoty sledovaných parametrů kvality půdní organické hmoty jsou dány na grafu 2. Nejvyšší obsah organického uhlíku (SOC) byl zaznamenán na variantě Hnůj (> 2,70 %) a nejnižší u variant NPK a nehnojená Kontrola (< 2,20 %). U variant Kejda a Digestát dosahoval SOC hodnot od 2,30 do 2,50 %. Jedná se o statisticky významný rozdíl u varianty Hnůj oproti variantám Kontrola, NPK a Digestát. Celkový dusík (N_tot) se pohyboval od 0,22 do 0,31 % a značí dobrou zásobu dusíku v půdě. Mezi jednotlivými variantami nebyl zaznamenán významný statistický rozdíl. Rovněž poměr C/N indikuje dobrou zásobu dusíku a hodnoty se pohybují od 8,3 do 8,8.

Frakční složení a stupeň humifikace

Vztah mezi celkovým uhlíkem (SOC) a stabilními (humifikovanými) frakcemi organické hmoty lze posuzovat podle obsahu HL a stupně humifikace. Průměrný obsah HL, HK, FK a poměr HK/FK je uveden na grafu 3. Obsah HL byl ve všech hnojených variantách vyrovnaný (0,69‒0,76 %). Nejvyšší obsah HL byl stanoven ve variantě Hnůj (0,76 %) a rozdíl je statisticky významný oproti všem ostatním variantám (Kontrola, NPK, Kejda, Digestát). Nejnižší obsah HL byl stanoven ve variantě Kontrola (0,61 %). Obsah HK byl zjištěn v rozmezí od 0,27 do 0,40 %. Nejvyšší obsah HK byl zaznamenán ve variantě Hnůj (0,40 %), naopak nejnižší ve variantě Kontrola. Byl zjištěn statisticky vyšší obsah HK ve variantách NPK, Hnůj a Kejda oproti variantě Kontrola. Obsah FK je ve všech variantách vyrovnaný 0,34‒0,38 %. Poměr HK/FK byl v rozmezí 0,80 až 1,13 a mezi variantami nebyl zaznamenán statisticky významný rozdíl. Nejnižší poměr HK/FK byl zjištěn ve variantě Kontrola a Digestát (0,80–0,87), vyšší ve variantách NPK a Kejda (0,91‒0,93), nejvyšší ve variantě Hnůj (1,13). Vyšší hodnoty poměru HK/FK ukazují na vyšší kvalitu HL u varianty Hnůj.

Stupeň humifikace (SH) byl vypočítán jako poměr obsahu HL a SOC (viz graf 4 a 5). Nejvyšší hodnoty u SH byly zaznamenány ve variantě NPK (26,7) a jedná se o střední stupeň humifikace. U ostatních variant jsou hodnoty SH nižší (19,7‒20,5), tj. střední až nízký stupeň humifikace. Statisticky významné rozdíly mezi variantami u SH nebyly zjištěny. Střední hodnoty stupně humifikace odpovídají sledovanému půdnímu typu (hnědozem modální). Barevný kvocient (Q_4/6) byl stanoven v rozmezí od 5,97 (varianta Hnůj) do 6,40 (varianta Digestát). Ani zde nebyl zaznamenán statisticky významný rozdíl mezi jednotlivými variantami pokusu. Hodnoty barevného indexu jsou typické pro hnědozemě.

Přístupné živiny

Obsah přístupných živin - fosfor (P), draslík (K), vápník (Ca) a hořčík (Mg) za období 2019–2021 ve 4sečném systému obhospodařování uvádí graf 6.

Nejnižší obsah P byl stanoven ve variantě nehnojená Kontrola (46 mg/kg), dále ve variantě Digestát (108 mg/kg) a NPK (110 mg/kg). Nejvyšší obsah P byl zjištěn ve variantě Hnůj (166 mg/kg), nižší ve variantě Kejda (123 mg/kg), ve variantách Hnůj a Kejda byl zaznamenán statisticky vyšší obsah oproti ostatním variantám.

Nejnižší obsah K byl stanoven ve variantách Kontrola a NPK (110–118 mg/kg), naopak nejvyšší ve variantě Hnůj (309 mg/kg), nižší ve variantách Digestát (261 mg/kg) a Kejda (195 mg/kg), ve variantách Hnůj, Kejda a Digestát byl zaznamenán statisticky vyšší obsah oproti variantám Kontrola a NPK.

Nejnižší obsah Mg a Ca byl stanoven ve variantách NPK a Kontrola (233–250, resp. 1 945–1 976 mg/kg), naopak nejvyšší ve variantě Hnůj a Kejda (396‒397, resp. 2 229‒2 456 mg/kg), nižší ve variantě Digestát (294, resp. 2 030 mg/kg) viz graf 6, ve variantách Hnůj, Kejda byl zaznamenán statisticky vyšší obsah oproti variantám Kontrola, NPK a Digestát u Mg i Ca.

Graf 1: Průměrné hodnoty pH při 4sečném využití TTP ve sledovaných variantách hnojení za období 2019–2021

Graf 2: Průměrné hodnoty obsahu uhlíku (SOC %), dusíku (N_tot %) a poměru C/N (při 4sečném využití TTP ve sledovaných variantách hnojení za období 2019–2021)

Graf 3: Průměrný obsah humusových látek (HL), huminových kyselin (HK), fulvokyselin (FK) a poměr HK/FK ve 4sečném využití TTP ve variantách hnojení v roce 2021

Graf 4: Průměrný obsah stupně humifikace (SH) ve 4sečném využití TTP ve variantách hnojení v roce 2021

Graf 5: Barevný koeficient ve 4sečném využití TTP ve variantách hnojení v roce 2021

Graf 6: Průměrný obsah přístupných živin fosforu (P), draslíku (K), vápníku (Ca) a hořčík (Mg) ve 4sečném využití TTP ve variantách hnojení v roce 2021

Zhodnocení výsledků

Dlouhodobé pokusy VÚRV, v.v.i., VS Jevíčko na TTP založené v roce 2004 měly za cíl sledovat vliv dlouhodobé aplikace minerálních (NPK), statkových (hnůj, kejda) a organických (digestát) hnojiv na stav půdní organické hmoty.

Jak ukazují výsledky, tak po aplikaci digestátu, hnoje, kejdy a NPK dochází jak ke změnám v obsahu, tak i v kvalitě půdní organické hmoty. Rovněž je ovlivněna půdní reakce a obsah dostupných živin. Při dlouhodobé aplikaci se nejpříznivěji na kvalitě půdy projevují statková hnojiva. Jako nejméně vhodná se jeví aplikace pouze minerálních hnojiv (NPK). Minerální hnojení vede k acidifikaci půd a snížení přístupnosti živin. Podobné výsledky uvádějí Dinková et al. (2019) a Knoblauch et al. (2017). Cremé et al. (2018) zjistili, že u nehnojeného TTP je poměr fosforu a uhlíku vyšší než u orné půdy a dočasných TP. Dále zaznamenali, že nedošlo ke statisticky významným změnám u poměru C/N. Gillmulina et al. (2020) stanovili, že ve srovnání s ornou půdou je obsah celkového organického uhlíku (SOC) vyšší u půd pod TTP. Ukládáním organického uhlíku do půdě dochází ke snížení emisí CO₂, které znečišťují ovzduší.

Výsledky dlouhodobého polního experimentu potvrzují smysluplnost hnojení statkovými hnojivy - hnůj, kejda (vysoké obsahy SOC, N_tot, HL, HK i přístupných živin - P, K, Mg i Ca - a ukazují na snížení acidity půdy), z pohledu ekologické stability, což je předpokladem udržitelnosti a hospodářské jistoty současné zemědělské výroby.

Při hnojení organickými hnojivy (digestát) dochází ke snížení úrodnosti půdy (pokles pH, významnější pokles obsahu C a dále Ca i Mg).

Hnojením minerálními hnojivy - NPK - dochází k významnému poklesu úrodnosti půdy (významný pokles pH půdy, nízký obsah uhlíku, fosforu i draslíku, vysoký stupeň humifikace - dochází k mineralizaci apod.).

Závěr

Diplomová práce hodnotí vliv dlouhodobého hnojení (minerální, statková a organická hnojiva) na stav půdní organické hmoty, půdní reakci a obsah přístupných živin v půdě pod TTP na půdním typu hnědozem modální v oblasti Boskovické brázdy (Malé Hané). Ze získaných výsledků dlouhodobého pokusu lze vyvodit tyto závěry:

• nejnižší obsah uhlíku (SOC) byl stanoven ve variantě Kontrola, nejvyšší ve variantě Hnůj, nižší ve variantě Kejda - statisticky významným rozdíl oproti variantám Kontrola, NPK a Digestát; nejnižší obsah N_tot byl zaznamenán ve variantě Kontrola a NPK, nejvyšší byl ve variantě Hnůj, nižší ve variantách Kejda a Digestát - statisticky významný rozdíl ve variantách Hnůj, Kejda a Digestát oproti variantám Kontrola a NPK; poměr C/N stanoven od 8,30 do 8,76 (bez statisticky významných rozdílů);
• frakcionace humusových látek - nejvyšší obsah humusových látek (HL), huminových kyselin (HK) stanoven ve variantě Hnůj, nejnižší ve variantě Kontrola, ve variantách Kontrola, NPK, Kejda a Digestát převládají fulvokyseliny (FK); nejnižší poměr HK/FK byl zjištěn ve variantě Kontrola a Digestát (0,80‒0,87), vyšší ve variantách NPK a Kejda (0,91‒0,93), nejvyšší ve variantě Hnůj (1,13); nejvyšší stupeň humifikace (SH) byl zaznamenán ve variantě NPK (26,7), oproti ostatním variantám (19,7‒20,5);
• nejnižší hodnoty půdní reakce pH (KCl) byly zjištěny ve variantě NPK a Kontrola, nejvyšší pH bylo stanoveno ve variantě Hnůj, nepatrně nižší ve variantě Kejda a Digestát (statisticky významný rozdíl oproti variantám NPK a Kontrola);
• obsah přístupných živin (P, K, Ca, Mg) byl nejnižší ve variantách Kontrola a NPK, vyšší obsahy zaznamenány ve variantách Kejda a Digestát, nevyšší obsahy stanoveny ve variantě Hnůj.

Použitá literatura je k nahlédnutí u autorky.

Diplomová práce byla vypracována s podporou projektu MZe ČR - RO0418 (VZ07 a Interní grant na podporu mladých vědeckých pracovníků - „Vliv minerálních, statkových a organických hnojiv na stabilní složku SOM /HK, FK/ v půdě pod TTP při intenzivním využívání /4 seče/rok/“). Dále byla práce podpořena projektem MZe NAZVA - QK21010124 „Půdní organická hmota - hodnocení parametrů kvality“.

Diplomová práce byla vypracována pod vedením školitelky paní doc. RNDr. Lubici Pospíšilové, CSc. a konzultanta Ing. Ladislava Menšíka, Ph.D.